Study of simple sequence repeat markers from coffee expressed sequences associated to leaf miner resistance

O objetivo deste trabalho foi identificar marcadores do tipo microssatélite (SSR) associados à resistência ao bicho-mineiro. A identificação dos marcadores foi feita por meio de buscas dirigidas no banco de seqüências expressas (EST) de café. Foram selecionadas 32 sequências microssatélites expressas em folhas e relacionadas a mecanismos de defesa. Os locos SSR avaliados apresentaram, em sua maioria, repetições mais complexas, com: 65% das repetições de tetranucleotídeos, 21% de trinucleotídeos e 14% de dinucleotídeos. Os locos avaliados estão freqüentemente localizados na região 5'-UTR do gene e envolvidos com mecanismos de defesa. Polimorfismos foram avaliados em progênies avançadas de cruzamentos entre Coffea racemosa x Coffea arabica, segregantes para resistência ao bicho-mineiro. Destes 32 oligonucleotídeos, 29 amplificaram os locos SSR esperados, e o número médio de alelos por loco foi de 2,1. Não foram identificados alelos polimórficos associados à resistência ao bicho-mineiro. Esses resultados sugerem que a seleção assistida por marcadores, em café, deve ser realizada em cruzamentos iniciais, nos quais a variabilidade genética é maior.The objective of this work was to identify expressed simple sequence repeats (SSR) markers associated to leaf miner resistance in coffee progenies. Identification of SSR markers was accomplished by directed searches on the Brazilian Coffee Expressed Sequence Tags (EST) database. Sequence analysis of 32 selected SSR loci showed that 65% repeats are of tetra-, 21% of tri- and 14% of dinucleotides. Also, expressed SSR are localized frequently in the 5'–UTR of gene transcript. Moreover, most of the genes containing SSR are associated with defense mechanisms. Polymorphisms were analyzed in progenies segregating for resistance to the leaf miner and corresponding to advanced generations of a Coffea arabica x Coffea racemosa hybrid. Frequency of SSR alleles was 2.1 per locus. However, no polymorphism associated with leaf miner resistance was identified. These results suggest that marker-assisted selection in coffee breeding should be performed on the initial cross, in which genetic variability is still significant

Avaliações preliminares da resistência à cochonilha-da-raiz Dysmicoccus texensis em clones de Coffea canephora resistentes a Meloidogyne spp

The purpose of this paper was to investigate the coffee plants variability to the resistance to root-mealybugs,Dysmicoccus texensis, and the root-knot nematodes Meloidogyne. These species are considered important threats to coffeeplantations, especially in the main producing regions of São Paulo, as Alta Mogiana and Alta Paulista. The interaction among D.texensis and seven selected C. canephora clones that express resistance to different Meloidogyne species were evaluated inexperiments under greenhouse, regarding the differences in the infestation standards presented by clones. Mealybugs reproductionin roots of clones IAC 5, EH 5, EH 7, EH 101 and EH 199 was significantly reduced, suggesting the possibility of finding multipleresistance to the biotic stress.Investigou-se, neste trabalho, a variabilidade de cafeeiros quanto à resistência apresentada à cochonilha-da-raiz, Dysmicoccustexensis e a nematoides do gênero Meloidogyne. Ambas as espécies configuram problemas fitossanitários importantes para a cafeicultura,sobretudo nas regiões da Alta Mogiana e Alta Paulista no Estado de São Paulo. A interação entre D. texensis e sete clones de C.canephora resistentes à diferentes espécies do gênero Meloidogyne foi avaliada em experimento realizado em casa de vegetação,observando-se as diferenças nos padrões de infestação apresentados pelos clones. A reprodução de cochonilhas no sistema radiculardos clones IAC 5, EH 5, EH 7, EH 101 e EH 199 foi bastante reduzida, sugerindo a possibilidade de reunir nos mesmos resistênciamúltipla aos dois agentes bióticos

Phenological and agronomic attributes in arabica cultivars of coffee tree

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do ano agrícola sobre os atributos fenológicos e agronômicos em diferentes cultivares de cafeeiro arábica. Os atributos fenológicos determinados foram estádios de frutificação, de gema dormente até fruto seco e duração do ciclo. Como atributos agronômicos, foram avaliados o rendimento, a produtividade, os tipos e o tamanho de grãos. O período entre antese até fase chumbinho não variou entre as cultivares para o ano agrícola 2004/2005, já para o ano agrícola seguinte a cultivar 'Icatu Precoce' apresentou antecipação da fase chumbinho, e a cultivar 'Obatã' atrasou o início do ciclo fenológico em relação às demais cultivares estudadas. A duração do ciclo variou com o ano agrícola, o que possibilitou a confirmação da influência dos efeitos ambientais nessa característica. Os atributos agronômicos (produtividade, rendimento, tipo e tamanho de grãos), independentemente das cultivares, também variaram com o ano agrícola.The aim of this study was to evaluate cultivars of Coffea arabica on the basic of phenology and agronomic attributes a function of the year of production. The phenological attributes were evaluated regarding phenology and percentage of cherry fruits at harvesting time. Agronomic traits evaluated included productivity and outturn, type of seeds and grain size. The period between the blooms till the fruits at the beginning of growth did not vary among the coffee trees in the year of production 2004/2005. While in the following year the Icatu Precoce cultivar presented anticipation of the fruits at the beginning of growth and the 'Obatã' cultivar delayed the beginning of the phenological cycle due to the other cultivars studied. The duration of each cycle varied with the year of production and then all the coffee trees in this study could be differentiated on the timing of maturation (early, middle and late). The agronomic attributes (productivity, outturn, type and size of grains), regardless the different cultivars of coffee also varied with the year of production

Caracterização da diversidade genética de linhagens comerciais de Coffea arabica através de marcadores moleculares do tipo RAPD, AFLP e SSR

A identificação de linhagens de Coffea arabica a partir de descritores botânicos e agronômicos é um problema para o desenvolvimento de cultivares. Basicamente, a limitada variação fenotípica observada em cultivares é o resultado de uma estreita variabilidade genética em C. arabica associada com uma origem genealógica próxima. Recentemente, os uso de marcadores moleculares tem contribuído para a caracterização e identificação de várias espécies de interesse comercial. O objetivo deste trabalho foi comparar a confiabilidade de três tipos de marcadores moleculares, RAPD, AFLP e SSR, para a caracterização da variabilidade genética e uma possível identificação de linhagens comerciais de Coffea desenvolvidas pelo IAC. Os métodos avaliados permitiram identificar polimorfismos entre cultivares. A variabilidade genética detectada por eles é muito semelhante, ainda que reduzida. Marcadores do tipo RAPD e SSR foram mais eficientes em análises de parentesco, e o agrupamento das linhagens correspondeu à sua origem genealógica. No entanto, nenhum dos métodos testados permitiu a identificação individual de linhagens. Neste caso, a utilização conjunta de descritores botânicos, agronômicos e marcadores moleculares é recomendada para a identificação precisa de linhagens, visando processos de proteção legal de cultivares de Coffea.One of the greatest problems in Coffea arabica breeding is identifying precisely any inbred line, based only on botanical and agronomical descriptors, because of the reduced genetic variability of the species, close pedigree origin, which results in small phenotypic variation. Recently, molecular markers have been used for plant germplasm characterization and identification in several commercial species. This work evaluates the reliability of three marker systems: RAPD, AFLP and SSR, to characterize the genetic variability of commercially-used Coffea inbred lines developed by the Instituto Agronômico (IAC), and their potential for cultivar identification. All methods identified polymorphisms among the cultivars. The genetic diversity recognized by the methods is very similar, although is very narrow. RAPD and SSR marker systems grouped more efficiently the evaluated cultivars according to parental origin. None of the methods allowed inbred line identification. Therefore for varietal protection, it would be necessary using a combination of botanical, agronomical and molecular markers descriptors for precise cultivar identification

Efeito da temperatura e citocinina na capacidade de embriogênese somática direta em genótipos de Coffea arabica L.

The vegetative multiplication of Coffea arabica hybrids can be carried out by direct somatic embryogenesis. The objective of this study was to verify if temperature and cytokinins could influence the capacity for direct somatic embryogeneis in arabica genotypes. For this purpose foliar explants taken from adult plants of three C. arabica genotypes, hybrids 812 and 956 and cultivar Catuaí, were inoculated into a culture medium with ½ MS salts, 20.0 g l-1 sucrose and 30 μM 6-benzyladenine (6-BA) or 10 μM 2-isopenteniladenina (2-iP) and submitted to temperatures of 25 and 30 ºC in the absence of light. The treatments were evaluated with respect to the number of somatic embryos formed per foliar explant, at 270 days after the beginning of the experiment. A completely random experimental design was adopted with a 3 x 2 x 2 (genotype x temperature x plant growth regulator) factorial scheme, with ten replications per treatment and two explants in each. Temperature of 30 oC favored significantly the formation of somatic embryos when compared to 25 oC and this response pattern predominated amongst the three genotypes. On the other hand, 6-BA and 2-iso-pentenladenine caused similar answers for the majority of genotypes. The results of this study showed that temperature has a significant influence on the direct somatic embryogenesis capacity of C. arabica genotypes.A multiplicação vegetativa dos híbridos de Coffea arabica pode ser obtida pela embriogênese somática direta. Objetivou-se, neste estudo, verificar se a temperatura e as citocininas 6-benziladenina (6-BA) and 2-isopentenladenina (2-iP) poderiam influenciar na capacidade de embriogênese somática direta de genótipos de arábica. Para tanto, explantes foliares provenientes de plantas adultas dos híbridos 812 e 956 e da cultivar Catuai Vermelho foram inoculados em meio de cultura com metade da concentração dos sais de MS, adição de 20 g l-1 de sacarose, 30 μM de 6-BA ou 10 μM de 2-iP, submetidos às temperaturas de 25 e 30 ºC, em ausência de luz. Foi adotado o delineamento inteiramente casualizado em esquema fatorial 3 x 2 x 2 (genótipo x temperatura x regulador de crescimento de planta), com dez repetições por tratamento e dois explantes em cada repetição. Os tratamentos foram avaliados quanto ao número de embriões somáticos formados por explante foliar, aos 270 dias do início do experimento. A temperatura de 30 ºC aumentou significativamente a formação de embriões somáticos quando comparado com 25 ºC. Por outro lado, as citocininas 6-BA e 2-iP causaram respostas similares para a maioria dos genótipos. Os resultados do presente estudo demonstraram que o fator temperatura tem influência significativa na capacidade de embriogênese somática direta de explantes foliares de genótipos de C. arabica

Gene expression profile during coffee fruit development and identification of candidate markers for phenological stages

The objective of this work was to identify genes that could be used as suitable markers for molecular recognition of phenological stages during coffee (Coffea arabica) fruit development. Four cultivars were evaluated as to their differential expression of genes associated to fruit development and maturation processes. Gene expression was characterized by both semi‑quantitative and quantitative RT‑PCR, in fruit harvested at seven different developmental stages, during three different seasons. No size polymorphisms or differential expression were observed among the cultivars for the evaluated genes; however, distinct expression profiles along fruit development were determined for each gene. Four out of the 28 evaluated genes exhibited a regular expression profile in all cultivars and harvest seasons, and, therefore, they were validated as candidate phenological markers of coffee fruit. The gene α‑galactosidase can be used as a marker of green stage, caffeine synthase as a marker of transition to green and yellowish‑green stages, and isocitrate lyase and ethylene receptor 3 as markers of late maturation.O objetivo deste trabalho foi identificar genes que possam ser utilizados como marcadores moleculares para reconhecimento de fases fenológicas, durante o desenvolvimento de frutos do cafeeiro (Coffea arabica). Quatro cultivares foram avaliadas quanto à expressão diferencial de genes associados a processos de desenvolvimento e maturação de frutos. A caracterização da expressão gênica foi realizada pelas técnicas de RT‑PCR semi‑quantitativa e quantitativa, em frutos coletados em sete estádios de desenvolvimento, durante três safras. Não foi observado nenhum polimorfismo de tamanho ou expressão diferencial entre as cultivares, para os genes avaliados; porém, perfis de expressão distintos durante o desenvolvimento dos frutos foram determinados para cada gene. Quatro entre os 28 genes avaliados apresentaram perfil de expressão constante, em todas as cultivares e safras e, portanto, foram validados como genes candidatos a marcadores fenológicos de frutos de cafeeiro. O gene α‑galactosidase pode ser usado como marcador do estágio de fruto verde, o gene de cafeína sintase como marcador do estádio de transição entre fruto verde e fruto verde‑cana, e o isocitrato liase e o etileno‑receptor 3 como marcadores das fases finais de maturação

Perfil da expressão gênica durante o desenvolvimento de frutos de café \ud e identificação de genes marcadores para fases fenológicas

The objective of this work was to identify genes that could be used as suitable markers for molecular recognition of phenological stages during coffee (Coffea arabica) fruit development. Four cultivars were evaluated as to their differential expression of genes associated to fruit development and maturation processes. Gene expression was characterized by both semi-quantitative and quantitative RT-PCR, in fruit harvested at seven different developmental stages, during three different seasons. No size polymorphisms or differential expression were observed among the cultivars for the evaluated genes; however, distinct expression profiles along fruit development were determined for each gene. Four out of the 28 evaluated genes exhibited a regular expression profile in all cultivars and harvest seasons, and, therefore, they were validated as candidate phenological markers of coffee fruit. The gene a-galactosidase can be used as a marker of green stage, caffeine synthase as a marker of transition to green and yellowish-green stages, and isocitrate lyase and ethylene receptor 3 as markers of late maturation.O objetivo deste trabalho foi identificar genes que possam ser utilizados como marcadores \ud moleculares para reconhecimento de fases fenológicas, durante o desenvolvimento de frutos do cafeeiro (Coffea \ud arabica). Quatro cultivares foram avaliadas quanto à expressão diferencial de genes associados a processos de \ud desenvolvimento e maturação de frutos. A caracterização da expressão gênica foi realizada pelas técnicas de \ud RT‑PCR semi‑quantitativa e quantitativa, em frutos coletados em sete estádios de desenvolvimento, durante \ud três safras. Não foi observado nenhum polimorfismo de tamanho ou expressão diferencial entre as cultivares, \ud para os genes avaliados; porém, perfis de expressão distintos durante o desenvolvimento dos frutos foram \ud determinados para cada gene. Quatro entre os 28 genes avaliados apresentaram perfil de expressão constante, \ud em todas as cultivares e safras e, portanto, foram validados como genes candidatos a marcadores fenológicos \ud de frutos de cafeeiro. O gene α‑galactosidase pode ser usado como marcador do estágio de fruto verde, o gene \ud de cafeína sintase como marcador do estádio de transição entre fruto verde e fruto verde‑cana, e o isocitrato \ud liase e o etileno‑receptor 3 como marcadores das fases finais de maturação.Consorcio Brasileiro de Pesquisa e Desenvolvimento do CafeConsorcio Brasileiro de Pesquisa e Desenvolvimento do Caf

A metabolomic platform to identify and quantify polyphenols in coffee and related species using liquid chromatography mass spectrometry

IntroductionProducts of plant secondary metabolism, such as phenolic compounds, flavonoids, alkaloids, and hormones, play an important role in plant growth, development, stress resistance. The plant family Rubiaceae is extremely diverse and abundant in Central America and contains several economically important genera, e.g. Coffea and other medicinal plants. These are known for the production of bioactive polyphenols (e.g. caffeine and quinine), which have had major impacts on human society. The overall goal of this study was to develop a high-throughput workflow to identify and quantify plant polyphenols.MethodsFirst, a method was optimized to extract over 40 families of phytochemicals. Then, a high-throughput metabolomic platform has been developed to identify and quantify 184 polyphenols in 15 min.ResultsThe current metabolomics study of secondary metabolites was conducted on leaves from one commercial coffee variety and two wild species that also belong to the Rubiaceae family. Global profiling was performed using liquid chromatography high-resolution time-of-flight mass spectrometry. Features whose abundance was significantly different between coffee species were discriminated using statistical analysis and annotated using spectral databases. The identified features were validated by commercially available standards using our newly developed liquid chromatography tandem mass spectrometry method.DiscussionCaffeine, trigonelline and theobromine were highly abundant in coffee leaves, as expected. Interestingly, wild Rubiaceae leaves had a higher diversity of phytochemicals in comparison to commercial coffee: defense-related molecules, such as phenylpropanoids (e.g., cinnamic acid), the terpenoid gibberellic acid, and the monolignol sinapaldehyde were found more abundantly in wild Rubiaceae leaves